平面空饋陣列天線的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展和電子設(shè)備的不斷升級(jí)，系統(tǒng)對(duì)天線的性能也提出了越來越高的要求。由于平面空饋陣列天線兼具空氣耦合饋電天線和微帶陣列天線的特點(diǎn)，具有高增益、低剖面、饋電簡單、波束設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到國內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注并發(fā)展成為天線領(lǐng)域的重要研究方向之一。因此，對(duì)平面空饋陣列天線技術(shù)展開研究具有重要的意義。
　　本文對(duì)平面空饋陣列天線的兩大分支-反射陣天線和透射陣天線進(jìn)行了深入研究，在系統(tǒng)地總結(jié)了前人的研究成果的

2、基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計(jì)了多種具有廣闊應(yīng)用前景的新型平面空饋陣列天線，主要研究內(nèi)容可以概括為如下幾個(gè)方面:
　　1.對(duì)寬帶圓極化反射陣天線進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究。提出了一種單層雙開口圓環(huán)反射陣單元，通過對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化獲得了寬帶的工作性能，然后將其用于旋轉(zhuǎn)圓極化反射陣天線設(shè)計(jì)，分別實(shí)現(xiàn)了21.4％的2-dB增益帶寬和35.3％的3-dB軸比帶寬。
　　2.對(duì)雙頻圓極化反射陣天線進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究。首先，提出了兩種工作在不同頻率的單層結(jié)構(gòu)的

3、十字單元，通過仿真得到，兩種單元之間的相互影響作用很小，然后將這兩種單元用于雙頻圓極化反射陣設(shè)計(jì)，結(jié)果表明設(shè)計(jì)的透射陣天線在高頻段獲得了11.1％的1-dB增益帶寬和20.3％的3-dB軸比帶寬，在低頻段獲得12％的1-dB增益帶寬和9.9％的3-dB軸比帶寬。其次，提出了兩種工作在不同頻率的FSS地板結(jié)構(gòu)的反射陣單元，然后將這兩種單元用于雙頻旋轉(zhuǎn)圓極化反射陣設(shè)計(jì)。該天線利用不同F(xiàn)SS結(jié)構(gòu)在不同頻段呈現(xiàn)不同反透射特性的特點(diǎn)，有效地減小高

4、低頻單元之間的相互影響作用，并且通過單元旋轉(zhuǎn)控制相移技術(shù)在高低頻段分別獲得了16.3％和7.5％的3-dB軸比帶寬。最后提出并設(shè)計(jì)了一種單層結(jié)構(gòu)的雙頻寬帶圓極化反射陣天線。該天線通過利用不同周期尺寸的高低頻單元和不同的相位補(bǔ)償方法，實(shí)現(xiàn)了高低頻單元之間的良好隔離。結(jié)果表明了該天線在高頻段獲得了14.1％的1-dB增益帶寬和42％的3-dB軸比帶寬，在低頻段獲得15.1％的1-dB增益帶寬和22.9％的3-dB軸比帶寬。
　　3.對(duì)

5、電控波束掃描反射陣天線進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究。首先，提出了一種加載5對(duì)電開關(guān)的開口類橢圓環(huán)單元并將其用于電控波束掃描反射陣天線設(shè)計(jì)。通過靈活控制陣列上每個(gè)單元的開關(guān)狀態(tài)該天線能夠?qū)崿F(xiàn)波束掃描。其次，提出了一種加載電開關(guān)的方環(huán)單元并對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)和開關(guān)數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化，然后利用最終優(yōu)化單元設(shè)計(jì)了一款電控波束掃描反射陣。仿真結(jié)果表明該天線能夠?qū)崿F(xiàn)±40度范圍內(nèi)的波束切換。最后，提出了一種僅加載3個(gè)電開關(guān)圓環(huán)單元并將其用于圓極化電控波束掃描反射陣設(shè)計(jì)，通過

6、合理控制每個(gè)單元上的開關(guān)狀態(tài)就可以實(shí)現(xiàn)反射相位的動(dòng)態(tài)變化，從而使天線具備波束掃描能力，結(jié)果表明該天線能夠?qū)崿F(xiàn)一定角度范圍內(nèi)波束掃描。
　　4.對(duì)低剖面高口徑效率透射陣天線進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究。首先，提出了一種雙層結(jié)構(gòu)的方環(huán)形縫隙單元，該單元采用改變縫隙尺寸的方式調(diào)節(jié)透射相移，之后對(duì)該單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并利用最終優(yōu)化單元設(shè)計(jì)了一款透射陣天線，通過仿真證明了該天線獲得了12％的2-dB增益帶寬。其次，提出了一種雙層結(jié)構(gòu)的三維十字振子單

7、元并利用其設(shè)計(jì)了一款透射陣天線。其縱向剖面高度僅為中心頻率處的0.22λ，相比于傳統(tǒng)二維結(jié)構(gòu)的透射陣天線具有相對(duì)較低的剖面高度，并且獲得了高達(dá)64％的峰值口徑利用效率。最后，提出了一種正交方向上尺寸不同的三維十字振子單元并將其用于旋轉(zhuǎn)圓極化透射陣設(shè)計(jì)。由仿真結(jié)果可知，該天線獲得了15.4％的3-dB軸比帶寬和32％的峰值口徑利用效率。
　　5.對(duì)多極化透射陣天線進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究。提出了一種三層結(jié)構(gòu)的矩形環(huán)縫隙單元，該單元通過調(diào)節(jié)正